苯-氯苯分離過程篩板式精餾塔設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 目 錄一、苯-氯苯分離過程板式精餾塔的設(shè)計(jì)任務(wù)書- 1 -1.1設(shè)計(jì)題目- 1 -1.2操作條件- 1 -1.3塔設(shè)備型式- 1 -1.4設(shè)備工作日- 1 -1.5廠址- 1 -1.6主要設(shè)計(jì)內(nèi)容- 1 -1.7 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)- 2 -二、產(chǎn)品與設(shè)計(jì)方案簡介- 3 -1.產(chǎn)品性質(zhì)、質(zhì)量指標(biāo)- 3 -2.設(shè)計(jì)方案簡介- 4 -三、工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)- 4 -1.精餾塔的物料衡算- 4 -1.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率- 4 -1.3物料衡算- 5 -2.塔板數(shù)的確定- 5 -2.1理論塔板層數(shù)的確定- 5 -3.實(shí)際塔板數(shù)- 7 -3.1全塔效率- 7 -3.

2、2精餾段實(shí)際板層數(shù)- 8 -4.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算- 8 -4.1操作壓力的計(jì)算- 8 -4.2操作溫度的計(jì)算- 8 -4.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算- 10 -4.4平均密度計(jì)算- 10 -4.5液相平均表面張力- 11 -4.6液相平均粘度計(jì)算- 12 -四、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算- 13 -1.塔徑的計(jì)算- 13 -1.1精餾段的氣、液相體積流率- 13 -1.2提餾段的氣、液相體積流率- 14 -2.塔高的計(jì)算- 15 -2.1精餾塔有效高度的計(jì)算- 15 -2.2全塔實(shí)際高度- 15 -五、塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 15 -1.溢流裝置- 16 -1.1溢流堰長（出

3、口堰長）- 16 -1.2溢流堰高度- 16 -1.3降液管的寬度和降液管的面積- 16 -1.4液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間- 16 -1.5降液管的底隙高度- 16 -2.塔板布置- 17 -2.1塔板的分塊- 17 -2.2邊緣區(qū)寬度與安定區(qū)寬度- 17 -2.3開孔區(qū)面積- 17 -3.開孔數(shù)和開孔率- 17 -六塔板上的流體力學(xué)驗(yàn)算- 18 -1.塔板壓降- 18 -1.2氣體通過板上液層的壓降- 18 -1.3氣體克服液體表面張力產(chǎn)生的壓降- 19 -1.4氣體通過每層篩板的壓降（單板壓降）和- 19 -2.液沫夾帶量的驗(yàn)算- 19 -3.漏液的驗(yàn)算- 19 -4.液泛的驗(yàn)算- 20

4、-七、塔板負(fù)荷性能圖- 21 -1.漏液線（氣相負(fù)荷下限線）- 21 -2.液沫夾帶線- 21 -3.液相負(fù)荷下限線- 23 -4.液相負(fù)荷上限線- 23 -5.液泛線- 23 -八、精餾塔接管尺寸計(jì)算- 26 -1.塔頂蒸汽出口管- 26 -2.塔頂回流液管- 26 -3.進(jìn)料管- 27 -4.塔釜出料管- 27 -5.加熱蒸氣進(jìn)口管- 27 -九、產(chǎn)品冷卻器選型- 28 -十、篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果一覽表- 30 -十一、評(píng)述- 31 -十二、附錄- 33 -參考文獻(xiàn)- 33 -主要符號(hào)說明- 33 -一、苯-氯苯分離過程板式精餾塔的設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)題目要求：設(shè)計(jì)一座苯氯苯連續(xù)精餾塔，要求

5、年產(chǎn)純度為99.8%的氯苯17280噸/年，塔頂餾出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯38%（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。其他條件見下面1.2至1.5。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容見下面1.6。1.2操作條件1塔頂壓力 4kPa（表壓）2進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料3回流比 R=1.8Rmin4塔釜加熱蒸汽壓強(qiáng) 0.5Mpa（表壓）5單板壓降 0.7kPa6冷卻水進(jìn)口溫度30，出口溫度 自選1.3塔設(shè)備型式塔設(shè)備型式為篩板式塔1.4設(shè)備工作日每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。1.5廠址選在天津地區(qū)1.6主要設(shè)計(jì)內(nèi)容1設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明2精餾塔的物料衡算3精餾塔塔板數(shù)確定4精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)計(jì)算5精餾塔主

6、要工藝尺寸（塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸）計(jì)算6塔板主要工藝尺寸的計(jì)算7精餾塔塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算8精餾塔塔板的負(fù)荷性能圖9精餾塔接管尺寸計(jì)算10精餾塔輔助設(shè)備選型與計(jì)算11設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表12帶控制點(diǎn)的生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔的工藝條件圖13設(shè)計(jì)總結(jié)和評(píng)述1.7 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)項(xiàng)目分子式相對(duì)分子質(zhì)量沸點(diǎn)臨界溫度/。c臨界壓力/kpa苯 （A）C6H67811801288568334氯苯（B）C6H5 Cl112.5131.8359.24520表1 苯和氯苯的物理性質(zhì)沸點(diǎn)溫度t苯的組成沸點(diǎn)溫度t苯的組成液相氣相液相氣相80.02111200.1290.378900.690.9161300.01950

7、.07231000.4470.785131.8001100.2670.61表2 苯氯苯的氣液相平衡數(shù)據(jù)溫度8090100110120130131.8mmhg苯760102513501760225028402900mmhg氯苯148205293400543719760表3 苯氯苯的組成飽和蒸氣壓表4 苯氯苯的液相密度溫度8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985純組分在任何溫度下的密度可由下式計(jì)算苯 氯苯 溫度()6080100120140苯（mP.s）0.3810.3080.2550.2150.184氯苯（mP.s）0

8、.5150.4280.3630.3130.274表5 苯氯苯液體粘度溫度020406080100120140氯苯表面張力mN/m32.830.4928.2125.9623.7521.5719.4217.32苯表面張力mN/m31.6028.8026.2523.7421.2718.8516.4914.17表6 苯-氯苯溫度表面張力關(guān)系表二、產(chǎn)品與設(shè)計(jì)方案簡介1.產(chǎn)品性質(zhì)、質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)品性質(zhì)：有杏仁味的無色透明、易揮發(fā)液體。密度1105g/cm3。沸點(diǎn)1316。凝固點(diǎn)-45。折射率15216(25)。閃點(diǎn)294。燃點(diǎn)6378，折射率15246，粘度(20)0799mPas，表面張力332810-3N

9、m溶解度參數(shù)95。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多數(shù)有機(jī)溶劑，不溶于水。易燃，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1. 3-71(vol)。溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，不溶于水。常溫下不受空氣、潮氣及光的影響，長時(shí)間沸騰則脫氯。蒸氣經(jīng)過紅熱管子脫去氫和氯化氫，生成二苯基化合物。有毒在體內(nèi)有積累性，逐漸損害肝、腎和其他器官。對(duì)皮膚和粘膜有刺激性對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉性，LDmgkg，空氣中最高容許濃度50mgm3。遇高溫、明火、氧化劑有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。質(zhì)量指標(biāo)：氯苯純度不低于99.8%，塔頂產(chǎn)品苯純度不低于98%，原料液中苯38%。（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）2.設(shè)計(jì)方案簡介2.1精餾方式： 本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾方式。原

10、料液連續(xù)加入精餾塔中，并連續(xù)收集產(chǎn)物和排出殘液。其優(yōu)點(diǎn)是集成度高，可控性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。2.2操作壓力： 本設(shè)計(jì)選擇常壓，常壓操作對(duì)設(shè)備要求低，操作費(fèi)用低，適用于苯和氯苯這類非熱敏沸點(diǎn)在常溫（工業(yè)低溫段）物系分離。2.3塔板形式： 根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，造價(jià)低廉的篩板塔，篩板塔處理能力大，塔板效率高，壓降教低，在苯和氯苯這種黏度不大的分離工藝中有很好表現(xiàn)。2.4加料方式和加料熱狀態(tài)： 設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。2.5由于蒸汽質(zhì)量不易保證，采用間接蒸汽加熱。2.6再沸器，冷凝器等附屬設(shè)備的安排： 塔底設(shè)置再沸器，塔頂蒸汽完全冷凝后再冷卻至泡點(diǎn)下

11、一部分回流入塔，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)灌。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。三、工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)1.精餾塔的物料衡算1.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量 MA=78.11 kg/kmol氯苯的摩爾質(zhì)量 MB=112.56 kg/kmol1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量1.3物料衡算，全塔物料衡算： 2.塔板數(shù)的確定2.1理論塔板層數(shù)的確定苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級(jí)圖解法求取，步驟如下：1）由手冊(cè)查得苯-氯苯的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出圖；表7 苯-氯苯物系氣液平衡數(shù)據(jù)8090100110120130131.8101.33136.66179

12、.99234.60299.99378.65386.6519.7327.3339.0753.3372.4095.86101.331.0000.6770.4420.2650.1270.0190.0001.0000.9130.7850.6130.3760.0720.000圖1（常壓下t-xy曲線圖）2）求最小回流比及操作回流比。在圖上，因，查得，而，。故有：3）求精餾塔的氣液相負(fù)荷 L=RD=0.53=26.46； V=(R+1)D=(0.50374+1)52.53=78.99； L=L+F=100.33Kmol/h V=V=78.99 Kmol/h4）求操作線方程精餾段操作線： 提餾段操作線為過和

13、兩點(diǎn)的直線。 5）圖解法求理論板層數(shù)圖2（苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解）總理論板層數(shù) NT=10（包括再沸器）進(jìn)料板位置 NF=43.實(shí)際塔板數(shù)3.1全塔效率 公式 進(jìn)料狀況為泡點(diǎn)液體，則把Rmin=0.2793 代入上式中，得塔的平均溫度為0.5(80+131.8)=106（取塔頂?shù)椎乃阈g(shù)平均值），在此平均溫度下查化工原理附錄11得： 由此可知 ET=0.49(5.160.302)-0.245=0.4403.2精餾段實(shí)際板層數(shù) 提留段實(shí)際板層數(shù)： 實(shí)際總塔板數(shù)為 （包括再沸器）4.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算4.1操作壓力的計(jì)算塔頂操作壓力：每層塔板壓降：進(jìn)料板壓力： 精餾段

14、平均壓力：塔底操作壓力：提餾段平均壓力：4.2操作溫度的計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法算出泡點(diǎn)溫度，其中苯和氯苯的飽和蒸汽壓，由安托尼方程（ 式中P為溫度t時(shí)的蒸汽壓，KPa；t為溫度，；A B C為常數(shù)）計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：表8 苯-氯苯Antoine常數(shù)數(shù)據(jù)表ABC溫度范圍（K）苯6.019071204.682-53.072279-3776.068321236.034-48.99353-4226.36071466.083-15.44420-521氯苯6.104161431.83-55.515335-4056.629881897.415.21405-597由圖1看出y=xD=0.98

15、6時(shí)，溫度大概在83.1）設(shè)塔頂?shù)呐蔹c(diǎn)溫度t=83.2=356.35k，則純組分的飽和蒸汽壓為 苯： 氯苯：代入方程，得 故假設(shè)正確，塔頂溫度為tD=83.22）設(shè)塔頂?shù)倪M(jìn)料溫度t=92.0=365.15k，則純組分的飽和蒸汽壓為 苯： 氯苯： 代入方程，得 假設(shè)正確，進(jìn)料板溫度tF=92.0精餾段平均溫度tm1=(83.2+92.0)/2=87.63）設(shè)塔底的泡點(diǎn)溫度t=138.8=411.95k，則純組分的飽和蒸汽壓為 苯： 氯苯：代入方程，得 故假設(shè)正確，塔頂溫度為提餾段平均溫度全塔平均溫度4.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：由，查平衡曲線，得 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算： 由圖解理

16、論板，得，查平衡曲線，得 塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算： 由圖理論板得，查平衡曲線得 精餾段平均摩爾質(zhì)量計(jì)算： 提餾段平均摩爾質(zhì)量 4.4平均密度計(jì)算1）氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即精餾段 提餾段 2）液相平均密度計(jì)算液相平均密度依計(jì)算，即 由得： 由得： 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率 由得： 精餾段液相平均密度為提餾段液相平均密度為4.5液相平均表面張力塔頂液相的平均表面張力：（83.2） ； 進(jìn)料板液相的平均表面張力：(92.0) ； 塔底液相的平均表面張力：（138.8） ； 精餾段液相的平均表面張力： 提餾段液相的平均表面張力： 4.6液相平均粘度計(jì)算 塔頂液相平均粘度計(jì)算：（83.2）

17、 解出 進(jìn)料板液相平均粘度計(jì)算 （92.0） 解出 塔底液相平均粘度計(jì)算：（138.8） 解出 精餾段液相平均粘度計(jì)算 提餾段液相平均粘度計(jì)算 全塔液相平均粘度計(jì)算 四、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算1.塔徑的計(jì)算1.1精餾段的氣、液相體積流率由式中C由公式計(jì)算，其中可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出，圖的橫坐標(biāo)為取板間距，板上液層高度，則故查表可得： 取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為 實(shí)際空塔氣速為 1.2提餾段的氣、液相體積流率由式中C由公式計(jì)算，其中可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出，圖的橫坐標(biāo)為取板間距，板上液層高度，則故查表可得： 取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為

18、塔截面積為 實(shí)際空塔氣速為 2.塔高的計(jì)算2.1精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為 Z精=(N-1)H=(7-1)0.4=2.4m提餾段有效高度為 Z提=(N-1)H=(16-1)0.4=6.0m在進(jìn)料板上方開一人孔，提餾段中開三個(gè)人孔，其高度為0.8m故精餾塔的有效高度為 Z=+0.84=2.4+6.0+3.2=11.6m2.2全塔實(shí)際高度 取進(jìn)料板板間距為0.8m，人孔處的板間距為0.8m，塔底空間高度為2.0m，塔頂空間高度為0.7m，封頭高度為0.6m，裙座高度為2.0m，則全塔高為 五、塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算溢流裝置：由降液管、溢流堰和受液盤組成。根據(jù)塔徑及流體流量等條件全面

19、考慮，參考表 預(yù)選塔板流型式為單流型。表9 選擇液體流型式參考表 單位：m3/h塔徑/mmU形流型單流型雙流型階梯流型6005以下5259007以下75010007以下45以下14009以下70以下200011以下90以下90160300011以下110以下110200200300400011以下110以下200230230350500011以下110以下110250250400600011以下110以下110250250450應(yīng)用場合用于較低液氣比一般應(yīng)用用于高液氣比或大型塔板用于極高液氣比或極大型塔板降液管的布置確定了液體在塔板上的流徑以及液體的溢流形式。降液管常見的有弓形和圓形降液管。由

20、于弓形降液管有較大容積，能充分利用塔板面積，方便之后對(duì)塔年產(chǎn)量進(jìn)行提產(chǎn)，且對(duì)于采用整塊式塔盤的小直徑塔，為了盡量增大降液截面積，可采用固定在塔盤上的弓形降液管，故此處采用單溢流弓形降液管。為了保證降液管出口處的液封，在塔盤上設(shè)置受液盤，受液盤有平型和凹型兩種。由于凹型受液盤對(duì)液體流動(dòng)有緩沖作用，可降低塔盤入口處的液封高度，使液流平穩(wěn)，有利于塔盤入口區(qū)更好地鼓泡，故選用凹型受液盤。1.溢流裝置1.1溢流堰長（出口堰長）取1.2溢流堰高度對(duì)平直堰，由Francis公式，近似取E=1得堰上液層高度精餾段： 提餾段： 1.3降液管的寬度和降液管的面積由，查圖得，即：，1.4液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間精餾

21、段：提餾段：故降液管設(shè)計(jì)合理。1.5降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：精餾段：提餾段：故降液管底系高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤，深度。2.塔板布置2.1塔板的分塊因，故塔板采用分塊式。查表得，塔板分為3塊。2.2邊緣區(qū)寬度與安定區(qū)寬度取mm，mm。2.3開孔區(qū)面積式中：3.開孔數(shù)和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且精餾段： 取。故孔心距。 每層塔板的開孔數(shù)（孔） 每層塔板的開孔率（應(yīng)在515%，故滿足要求） 每層塔板的開孔面積氣體通過篩孔的氣速提餾段： 取。故孔心距。 每層塔板的開孔數(shù)（孔） 每層塔板的

22、開孔率（應(yīng)在515%，故滿足要求） 每層塔板的開孔面積 氣體通過篩孔的氣速六塔板上的流體力學(xué)驗(yàn)算1.塔板壓降1.1氣體通過干板的阻力壓降 由 查圖，得精餾段：液柱提餾段：液柱式中為孔流系數(shù)。1.2氣體通過板上液層的壓降氣體通過有效流通截面積的氣速，對(duì)單流型塔板有：精餾段：動(dòng)能因子 查圖，得 故液柱提餾段：動(dòng)能因子 查圖，得 故液柱1.3氣體克服液體表面張力產(chǎn)生的壓降精餾段：液柱提餾段：液柱1.4氣體通過每層篩板的壓降（單板壓降）和精餾段： （設(shè)計(jì)允許值）提餾段： 2.液沫夾帶量的驗(yàn)算精餾段：m 提餾段：m 故在本設(shè)計(jì)中液沫的夾帶量在允許的范圍內(nèi)3.漏液的驗(yàn)算3.1精餾段：漏液點(diǎn)的氣速 實(shí)際孔速

23、篩板的穩(wěn)定性系數(shù)3.2提餾段：漏液點(diǎn)的氣速 實(shí)際孔速篩板的穩(wěn)定性系數(shù)故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。4.液泛的驗(yàn)算為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度苯-氯苯物系屬一般物系，取，則精餾段： 而 ， 板上不設(shè)進(jìn)口堰，液柱液柱提餾段： 液柱成立，故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。通過流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精餾段塔徑及塔板各工藝結(jié)構(gòu)尺寸合適，若要做出最合理的設(shè)計(jì)，還需重選及，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。七、塔板負(fù)荷性能圖1.漏液線（氣相負(fù)荷下限線）精餾段： 整理得： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：0.00050.00150.00300.00450.00600.33200.34330.35570.

24、36580.3745依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線1提餾段： 整理得： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：0.00050.00150.00300.00450.00600.34340.35640.37060.0.38210.3920依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線2.液沫夾帶線以為限，求關(guān)系如下：由 式中： 故 將已知數(shù)據(jù)代入式得：精餾段： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：0.00050.00150.00300.00450.00601.1691.1001.0220.95720.8988由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2提餾段： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：

25、0.00050.00150.00300.00450.00601.2631.1961.1201.0570.9998由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線3.液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度=0.006 m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)由=；取E=1,得據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線34.液相負(fù)荷上限線 以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限， 故 據(jù)此作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上線45.液泛線 令=由 =+; =+； =；=+聯(lián)立得 +(-1)=(+1)+忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得a=b-c-d;式中 a = b =+(-1) c =0.153/() d =2.84將有關(guān)數(shù)

26、據(jù)代入得5.1精餾段： ； ； ； ；故=1.41-14069.8-14.21在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依式（2-2）算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：0.00050.00150.00300.00450.00601.3171.0920.99390.85890.4343依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線5 依據(jù)以上各方程，可作出篩板塔的精餾段負(fù)荷性能圖如下圖3。在負(fù)荷性能圖上，做出操作點(diǎn)A，連接OA,即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液沫夾帶控制，下限為液相負(fù)荷下限控制。由下圖3和公式驗(yàn)算可得： 故精餾段操作彈性為 5.2提餾段： ； ； ； ；故=1.84-4460.3-16.53在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，

27、依上式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：0.00050.00150.00300.00450.00601.7351.6131.4561.2991.134依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線 依據(jù)以上各方程，可作出篩板塔的精餾段負(fù)荷性能圖如下圖4。在負(fù)荷性能圖上，做出操作點(diǎn)B，連接OB,即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液沫夾帶控制，下限為漏液控制。由下圖4和公式驗(yàn)算可得： 故提餾段操作彈性為 圖3（精餾段篩板塔的負(fù)荷性能圖）圖4（提餾段篩板塔的負(fù)荷性能圖）八、精餾塔接管尺寸計(jì)算1.塔頂蒸汽出口管 選擇蒸汽速度，則 按照GB8163-87，選擇熱軋無縫鋼管核算2.塔頂回流液管 選擇回流液流速，則 按照GB8163

28、-87，選擇冷軋無縫鋼管核算3.進(jìn)料管 選擇進(jìn)料液流速，則 按照GB816387，選擇冷軋無縫鋼管核算4.塔釜出料管 選擇進(jìn)料液流速，則 按照GB816387，選擇冷軋無縫鋼管核算5.加熱蒸氣進(jìn)口管 選擇蒸氣速度，則 按照GB816387，選擇熱軋無縫鋼管核算九、產(chǎn)品冷卻器選型塔頂氯苯含量較少，可按純苯求取苯的定性溫度設(shè)水的進(jìn)口溫度為根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選擇冷卻水的溫升為8，則水的出口溫度為水的定性溫度 查得苯在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)密度：飽和蒸汽氣化熱：kJ/kg查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)密度： 定壓比熱容：kJ/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)：（） 黏度：1.負(fù)荷計(jì)算: MDr=78.1152.5327510

29、3/3600=3.134105W 冷卻水耗量: 2.確定流體的流徑 該設(shè)計(jì)任務(wù)的熱流體為苯，冷流體為水，為使苯能通過殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令苯走殼程，水走管程.計(jì)算平均溫度:暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差 苯T 83.2 -83.2 冷卻水t 38 - 30 _ t 45.2 53.2 3.計(jì)算R和P: 選單殼程可行。4.選擇換熱器型號(hào)由于兩流體溫差50，殼選用固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)（JB/T4715-92）選擇主要參數(shù)如下： 公稱直徑Dn 325mm 公稱壓力Np 1.6Mpa 管程數(shù) 2 管子尺寸 管子根數(shù)n 40 管長 3000mm 管中心距 32mm 中心

30、排管數(shù) 9 管子排列方式 正三角形 管程流通面積 0.0031m實(shí)際換熱面積選K值，估算傳熱面積參照化工流體流動(dòng)與傳熱附錄二十六，初選取K=850 W/（） 安全系數(shù)： ，傳熱面積的裕度可滿足工藝要求。采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為： W/（） 驗(yàn)算：，符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)十、篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果一覽表項(xiàng) 目符 號(hào)單 位計(jì) 算 結(jié) 果 精餾段提餾段平均壓強(qiáng)PmkPa107.75115.8平均溫度tm87.6115.4平均流量氣相m3/s0.6120.612液相m3/s0.000730.00303全塔效率0.440實(shí)際塔板數(shù)塊23板間距m0.4塔段的有效高度Zm11.6塔徑Dm1.0空塔

31、氣速um/s0.8600.791實(shí)際空塔氣速 u0m/s0.780塔板液流型式單溢流型溢流溢流管型式弓形堰長m0.66裝置堰高m0.052870.0416降液管寬度m0.1240.124底隙高度m0.01580.0306板上清液層高度m0.06孔徑mm5孔間距mm1514孔數(shù)n個(gè)27313135開孔區(qū)面積Aam20.5320.532開孔面積A0m20.05370.0617篩孔氣速m/s11.409.92塔板壓降kPa0.6330.6166液體在降液管中的停留時(shí)間s31.077.485降液管內(nèi)清液層高度m液柱0.13960.1314霧沫夾帶kg液/kg氣0.01330.0145負(fù)荷上限液沫夾帶控

32、制液沫夾帶控制負(fù)荷下限液相負(fù)荷下限控制漏液控制氣相最大負(fù)荷m3/s1.1111.032氣相最小負(fù)荷m3/s0.4690.359操作彈性2.3692.875十一、評(píng)述1.結(jié)果：精餾塔塔體設(shè)計(jì)采用篩板塔板，共23塊塔板，能夠完成年產(chǎn)純度為99.8%的氯苯17280噸，塔頂餾出液中含氯苯不高于2%，原料液中含氯苯為38%（以上均為質(zhì)量%）的生產(chǎn)任務(wù)，并且具有一定的操作彈性。2.結(jié)論： 1）. 操作壓力：本設(shè)計(jì)選擇常壓，常壓操作對(duì)設(shè)備要求低，操作費(fèi)用低，適用于苯和氯苯這類非熱敏沸點(diǎn)在常溫（工業(yè)低溫段）物系分離。 2）. 塔板形式：根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，造價(jià)低廉的篩板塔，篩板塔處理能力大

33、，塔板效率高，壓降教低，在苯和氯苯這種黏度不大的分離工藝中有很好表現(xiàn)。 3）.加料方式和加料熱狀態(tài)：設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。 4）.由于蒸汽質(zhì)量不易保證，采用間接蒸汽加熱。3.感想與收獲通過這次課程設(shè)計(jì)，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步鞏固和加深了所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體原理所涉及的實(shí)際問題的能力。對(duì)化工原理設(shè)計(jì)有了更加深刻的理解，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而且，這次課程設(shè)計(jì)過程，最終完美的實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目的，大家都收益匪淺，也對(duì)這次經(jīng)歷難以忘懷。其次通過這次課程設(shè)計(jì)，對(duì)板式塔的工作原理有了初步詳細(xì)精確話的了解，加深了對(duì)設(shè)計(jì)中所涉及到的一些力學(xué)問題和一些有關(guān)應(yīng)力分析、強(qiáng)度設(shè)計(jì)基本理論的了解。使我們重新復(fù)習(xí)了所學(xué)的專業(yè)課，學(xué)習(xí)了新知識(shí)并深入理解，使之應(yīng)用于實(shí)踐，將理論知識(shí)靈活化，這都將為我以后參加工作實(shí)踐有很大的幫助。非常有成就感，培養(yǎng)了很深的學(xué)習(xí)興趣。在此次設(shè)計(jì)的全過程中，我們達(dá)到